VOX Centrum kompetence - cvut.czfs12120.fsid.cvut.cz/wordpress/wp-content/uploads/2017/01/PWP07_Bozek2016.pdf• Simulink • NI VeriStand, NI LabVIEW – Výpočtový model • Kompilace

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 2. a 3. 11. 2016, Roztoky -

TE 0102 0020 Str. 1 Za WP 07 Václav Píštěk, VUT v Brně

Centrum kompetence

automobilového průmyslu

Josefa Božka

Vedoucí konsorcia podílející se na pracovním balíčku

Vysoké učení technické v Brně – Prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc.

Členové konsorcia podílející se na pracovním balíčku

TATRA TRUCKS a.s. – Ing. Radomír Smolka

ŠKODA AUTO a. s. – Ing. Milan Rudolf

České vysoké učení technické v Praze - Ing. Radek Tichánek, Ph.D.

Hlavní cíl balíčku

Výzkum a vývoj metod řešení mechanických problémů hnacích traktů osobních a nákladních vozidel. Výsledky virtuálních prototypů a technických experimentů budou aplikovány při vývoji pohonných jednotek osobních a nákladních automobilů s cílem redukce mechanického namáhání a vibrací se záměrem zkrácení času mezi výzkumem koncepce a aplikací inovovaného výrobku.

Dílčí cíle balíčku pro nejbližší období

WP07M02: Prototypy dílů hnacího traktu těžkého nákladního vozidla

WP07: Zlepšení návrhu hnacích traktů vozidel s využitím virtuálního hnacího traktu



Centrum kompetence


Josefa Božka

• Základní přístup k řešení problematiky vibrací, pevnosti a životnosti


Problematika vibrací, hluku a

pevnosti

Ověření navržených

řešení

Prototyp nového hnacího traktu ve vozidleZískání dat

Virtuální hnací traktVibrace (Adams)

Virtuální pohonná jednotkaVibrace, hluk, pevnost (FEM, MBS)

Virtuální hnací traktTorzní vibrace a simulace jízdy (Simulink)



Centrum kompetence


Josefa Božka

• Nekonvenční kliková hřídel (VUT v Brně, ŠKODA AUTO a.s.)– Porovnání hmotností klikových hřídelů


Série 1,6 MPI – 8 857 gLitina TL124

Série 1,5 MPI – 9 733 g / 10 411 gLitina TL124 / Ocel TL1438

Bez odlehčení – 8 701 gLitina TL124

Po odlehčení – 8 079 gLitina TL124



Centrum kompetence


Josefa Božka

• Nekonvenční kliková hřídel (VUT v Brně, ŠKODA AUTO a.s.)– Konstrukční varianta – krajní hlavní ložiska uložena pomocí valivých ložisek

– Zástavba klikvového hřídele do bloku válců




Centrum kompetence


Josefa Božka


– Zástavba klikvového hřídele do bloku válců


Upravení otvorů pro krajní

ložiska – Ø72 X6



Centrum kompetence


Josefa Božka



Hlavní čepy s

kluznými

ložisky

nebo

krajní hlavní

čepy s

valivými

ložisky

Hlavní

čepy s

kluznými

ložisky



Centrum kompetence


Josefa Božka

• Nekonvenční kliková hřídel (VUT v Brně, ŠKODA AUTO a.s.)– Dvě varianty finálního obrábění ojničních čepů zajišťují zástavbu klikového hřídele do

– Motor 1,6 MPI – zdvih 86,9 mm

– Motor 1,5 MPI – zdvih 85,9 mm




Centrum kompetence


Josefa Božka

• Přehled řešených úkolů v 2016: ČVUT v Praze– Výpočet dynamiky rozvodového mechanismu motoru EA211 – dynamický model – GT Suite – EA211 –

hlavní prvky modelu:


- Ventilový rozvod s modelem hydraulického

vymezování vůle kalibrovaný měřením

(2015)

- Mechanismus natáčení vaček (2016)

- Model řemenového převodu (2016)



Centrum kompetence


Josefa Božka

• Přehled řešených úkolů v 2016: ČVUT v Praze– Model mechanismu natáčení vaček:


Hlavní součásti:

- přepouštěcí ventil

- rozvodové kolo (vnější, vnitřní

rotor, advanced/retard komory)

ventilový

rozvod

řemenový

převod

vnější

rotor

vnitřní

rotor

Rozvodové kolo

komory

Přepouštěcí

ventil



Centrum kompetence


Josefa Božka

• Přehled řešených úkolů v 2016: ČVUT v Praze– Model řemenového převodu:


Hlavní součásti:

- řemen (nosníkové elementy)

- napínák, vodící kladka, kola



Centrum kompetence


Josefa Božka

• Přehled řešených úkolů v 2016: ČVUT v Praze

• Testovací výpočty modelů


-5

0

5

10

15

20

25

30

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4Úh

el n

ato

čen

í v

ačk

y [

°]

Čas [s]

0

2

4

6

8

10

0 60 120 180 240 300 360

Zd

vih

[mm

]

Úhel natočení klikové hřídele [°]

Před

natočením

Po natočení



Centrum kompetence


Josefa Božka

• Výpočtový model hnacího traktu vozidla (VUT v Brně, TATRA TRUCKS a.s.)– Simulink

– Výpočtové modely jednotlivých částí hnacího traktu

– Analýza vibrací

– Simulace jízdních manévrů


1) Blok motoru

2) Blok převodovky

4) Blok diferenciálu

7) Blok pneumatiky

5) Blok zub. spoj.

6) Blok hřídele

3) Blok spojky

8) Blok brzdy



Centrum kompetence


Josefa Božka

• Simulace jízdy užitím virtuálního hnacího traktu (VUT v Brně, TATRA TRUCKS a.s.)

– Software• Simulink

• NI VeriStand, NI LabVIEW

– Výpočtový model• Kompilace

• Fixní krok

• Celkový čas simulace

• soubor - dll

– Komunikace joysticku

– Grafické rozhraní

– Hardware• NI 3110RT,

• NI 9159 and NI 9157

• CAN PCI 8513

• NI 9229, NI 9239, NI 9206 – AI

• NI 9264, NI 9263 – AO

• NI 9425, NI 9477, NI 9403 – DIO

• Fanatec

• Logitech

• Vlastní kontrolní box




Centrum kompetence


Josefa Božka

• Měření na reálném hnacím traktu vozidla – ověření nových řešení (VUT v Brně, TATRA TRUCKS a.s.)

– Měření torzních vibrací

– Měření směrových vibrací

– Tenzometrie

– Analýza točivého momentu

– Průhyb hřídele




Centrum kompetence


Josefa Božka

• Analýzy průhybu hřídele (VUT v Brně, TATRA TRUCKS a.s.)– Multibody - Adams

– Tuhost uložení

– Nevyváženost

– Limit dalšími konstrukčními prvky

oproti dřívějšímu analytickému modelu


0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

500 1000 1500 2000 2500 3000

Prů

hyb

hří

del

e [

mm

]

Otáčky hřídele [min-1]

Měření

Simulace

Analytický výpočtový model

Multibody výpočtový model



Centrum kompetence


Josefa Božka

• Úprava hnacího traktu (VUT v Brně, TATRA TRUCKS a.s.)– Příprava hnacího traktu pro měření - tenzometrie

– Úprava hnacího hřídele přední nápravy

– Úprava hnacího hřídele zadní nápravy

– Analýza opotřebení

– Dva funkční vzorky WP07M02




Centrum kompetence


Josefa Božka

• Analýza akustiky hnacího traktu (VUT v Brně, TATRA TRUCKS a.s.)– Nařízení ECE 505 Příloha 50 Rev.2

– Nařízení ECE 505 Příloha 50 Rev.3

– Zkušební dráha dle normy ČSN ISO 10844




Centrum kompetence


Josefa Božka

Plnění dílčích cílů, milníků a výstupů


Přehled splatných výsledků a jejich plnění





Centrum kompetence


Josefa Božka

Návrh dalšího postupu včetně návrhů na spolupráci a realizaci výstupů• Technické experimenty a výpočtové modelování s využitím MATLAB/Simulink, HIL a MBS

Adams (VUT v Brně, TATRA TRUCKS a.s.)

– Měření krouticího momentu (hřídel přední nápravy, hřídel k zadním nápravám , kardan) při různých jízdních režimech (tenzometrie)

– Vyhodnocení měření na hnacím traktu v různých místech vozidla 8x8 (změření rázových momentů při řazení spojek TDM-návaznost na WP17 )

– Využití výpočtových modelů pro Real-time testování a vývoj mechatronických systémů

v návaznosti na WP17

– Využití výpočtových modelů pro konstrukční úpravy jednotlivých uzlů (MBS Adams)

• Sestavené modely upravit pro výpočty experimentálního jednoválce. (ČVUT v Praze)

• Pokračování technických experimentů na funkčním prototypu zážehového motoru s nekonvenčním klikovým hřídelem, modifikace jeho technologie výroby s cílem zvýšit pevnost a životnost (ŠKODA AUTO a.s.)




Centrum kompetence


Josefa Božka

Děkuji za pozornost




Centrum kompetence


Josefa Božka

Výtah z prací 2012-2016 na WP07: Zlepšení návrhu hnacích traktů vozidel s využitím virtuálního hnacího traktu

Počáteční konstrukční návrh, prototyp hnacího traktu

Virtuální hnací trakt(MATLAB, Simulink, HIL)- Modální analýzy- Dynamika h. traktu- Mechatronika- Dynamika rozvodového mech.

Virtuální pohonná jednotkaVibrace, hluk, pevnost (FEM, MBS)- Ustálené nebo přechodové kmitání- Strukturální hluk- Řešení únavového poškozování

Technický experiment - Měření laserem (torzní vibrace)- Měření průhybu hřídele- Měření akcelerometry- Měření otáček motoru a hřídele- Měření hnacího momentu- Měření akustiky

Prototyp hnacího traktu ve vozidle- ověření navržených řešení



Centrum kompetence


Josefa Božka

Results of WP07 – Achieved 2012-2016

Initial design, drivetrain prototype

Virtual drivetrain(MATLAB, Simulink, HIL)- Modal analysis- Drivetrain dynamics- Mechatronics- Dynamics of the timing mechanism

Virtual drivetrainStrength and NVH (FEM, MBS)- Steady state of transient dynamics- Structural borne noise- Fatigue solution

Experimental test- Laser measurement (torsional vibration)- Shaft deflection- Acceleration measurement- Engine and shaft speed measurement- Torque measurement- Acoustic measurement

Drivetrain prototype in vehicle- Verification of the proposed solutions



Centrum kompetence


Josefa Božka

Výtah za r. 2016 z provedených prací na WP07: Zlepšení návrhu hnacích traktů vozidel s využitím virtuálního hnacího traktu

Nové konstrukční návrhy, prototypy hnacího traktu

Virtuální hnací trakt(MATLAB, Simulink, HIL)- Dynamika hnacího traktu- Dyn. rozvodového mech.

Virtuální pohonná jednotkaVibrace, hluk, pevnost (FEM, MBS)- Ustálené nebo přechodové kmitání- Strukturální hluk- Řešení únavového poškozování

Problematika vibrací, hluku a pevnosti

Technický experiment- Měření akustiky

Prototyp hnacího traktu ve vozidle- ověření navržených řešení



Centrum kompetence


Josefa Božka

Abstract 2016 of WP07

New design, drivetrain prototypes

Virtual drivetrain(MATLAB, Simulink, HIL)- Drivetrain dynamics- Dynamics of the timing

mechanism

Virtual drivetrainStrength and NVH (FEM, MBS)- Steady state of transient dynamics- Structural bore noise- Fatigue solutions

Strength and NVH challenges

Experimental testAcoustic measurement

Drivetrain prototype in vehicle- Verification of the proposed solutions

Documents

VOX Centrum kompetence - cvut.czfs12120.fsid.cvut.cz/wordpress/wp-content/uploads/2017/01/PWP07_Bozek2016.pdf• Simulink • NI VeriStand, NI LabVIEW – Výpočtový model • Kompilace